纳米氧化锌对蛙坐骨神经动作电位的影响

(上饶师范学院，江西 上饶 334001)

飞速发展的纳米技术产生大量纳米物质进入人的生活，使得纳米材料和生物体系接触的机会越来越多。纳米材料与蛋白质、DNA、细胞膜、细胞器、细胞体乃至生物个体的相互作用不仅会影响到生物体系结构，而且会对生物体的功能产生巨大的影响[1]。

纳米氧化锌作为一种新型功能材料，在磁、光、电、敏感、抗菌消毒、紫外线屏蔽等方面具有普通氧化锌产品所不具备的特殊性能和用途[2]。纳米氧化锌(1-100nm)，具有非迁移、磁性强、吸收和散射紫外线能力强，可用于食品包装材料、传感器、医用杀菌剂、化妆品防晒剂、抗菌纤维、自洁性陶瓷等。氧化锌是皮肤的外用药物，对皮肤有收敛、消炎、防腐、防皱和保护等功能；可用于化妆品的防晒剂，以防止紫外线的伤害并能抗菌除臭；可以用于生产防臭、抗菌、抗紫外线的纤维，将纳米ZnO添加到各种涂料中，用于各种材料表面涂层[3]。纳米氧化锌将越来越走近人们的生活，随着使用范围的增加，人们开始关注起其所带来的环境影响和安全性问题。长时间接触纳米氧化锌，对周围神经的兴奋性、动作电位的传导速度，动作电位的幅度等电生理现象有无影响？这些方面尚无文献报道。本文以成体青蛙的坐骨神经干为对象，用纳米氧化锌对其进行电生理实验，研究纳米氧化锌的不同处理时间对蛙神经冲动的产生和传导的影响；初步探讨纳米氧化锌对蛙周围神经活动的电生理效应，为纳米材料的健康发展提供科学依据。

1 材料

1.1实验动物：成体青蛙，购置于当地菜场，室温28℃左右驯养。

1.2纳米氧化锌制备：采用微乳液法[4]，将锌盐溶液溶于有机溶剂正丁醇中，搅拌得透明液，再加入沉淀剂，乳状液回流除水后即得纳米ZnO微粒溶胶。经过表征，测定纳米氧化锌的粒径为25-30nm。

1.3主要仪器、试剂：

Medlab生物信号采集处理系统(南京美易有限公司)、神经屏蔽盒(河北高碑店)、刺激器和放大器(成都泰盟公司)、刺激电极、引导电极、任氏液、棉球、蛙类手术器械、台式计算机、蛙板、蛙钉等。

2 方法

2.1制备蛙坐骨神经干标本

按常规方法制备坐骨神经干[5]，首先置于任氏液中稳定30min，分5组进行纳米氧化锌处理。在纳米氧化锌溶胶液中浸置10min、20min、30min、50min和130min5个时间段。另外设置对照组，在任氏液中浸置后直接放置于神经屏蔽盒中。六组均分别放置于神经屏蔽盒中，设定不同实验参数，记录实验结果。

2.2连接实验装置，进行神经干性能测定指标设置

在神经屏蔽盒中，神经干中枢端与刺激电极相连，外周端与记录电极相连。采用生物信号采集系统，分别测量神经干的动作电位幅度、神经传导速度、动作电位相对不应期和动作电位时程四个实验指标。

神经干不应期和动作电位时程测定：采用自动间隔调节，主周期1s，波宽0.3ms，幅度1V，首间隔5ms，间隔增量0.01ms，截止间隔0.1ms，延时10ms。

神经传导速度和动作电位幅度测定：采用主周期测定，主周期1s，波宽0.5ms，幅度1v，间隔10ms，脉冲数1，延时10ms，周期数连续。

以上的触发方式均采用系统控制，刺激器触发。

2.3坐骨神经干各项指标测定

①神经冲动的传导速度(v)是指动作电位在单位时间内传导的距离。测得两通道分别记录的两动作电位起点之间的时程(ms)，同时用直尺测量神经屏蔽盒中两对引导电极之间的距离s(cm)(这里的两对引导电极之间的距离固定为2cm)，从而计算动作电位的传导速度v=s/t(单位m/s)[6]。

②动作电位幅度为所测得的动作电位波形峰值即峰峰电位值，此为所有神经纤维均兴奋时的最大动作电位峰值。

③测定神经干不应期：通过调节刺激器输出的连续双脉冲的时间间隔，可测定坐骨神经的相对不应期。第2个动作电位开始变小的时间间隔值为相对不应期的近似值[7]。

④动作电位时程：为完成一个动作电位所经历的时间。包括去极化+反极化+复极化+后电位四个时期。

2.4数据统计与分析

对各处理组采用F检测和单因素方差分析，采用Ducan方法进行多重比较，LSD0.05为差异显著。

3 结果

3.1不同时间的纳米氧化锌对蛙坐骨神经干相对不应期和动作电位时程的影响

表1 不同处理时间对AP相对不应期和AP时程的影响

注：表中数值为均值±标准差，不同字母表示差异显著(

测定不同时间的纳米氧化锌对蛙坐骨神经相对不定期的影响，由表1可知，与对照组(任氏液)相比，随着处理时间的延长，各组的相对不应期也随着逐渐延长。经F测验得知F值

测试动作电位时程时，经F测验，差异达到了显著性。以给药10min的动作电位时程平均值为最大。和对照组相比，除了10min处理组达到显著性差异外，其余组未达到显著性差异。经过10min的纳米氧化锌处理，动作电位时程显著性增加。而处理时间达到30min时，动作电位时程反而减小，随着时间的延长，动作电位时程均减小，但尚未达到显著性差异。

3.2不同时间的纳米氧化锌对蛙坐骨神经干动作电位幅度和传导速度的影响

表2 不同处理时间对AP幅度和AP速度的影响

从表2中可知，经不同时间处理的纳米氧化锌对蛙坐骨神经干动作电位幅度和动作电位传导速度均产生了差异显著性的影响。

和对照组相比，动作电位幅度除10min处理组没有达到显著性差异外，其余各组均和对照组产生了显著性差异。经过纳米氧化锌处理的神经干，动作电位幅度均增加，20min和30min处理组增加明显；处理时间较长达到130min后，动作幅度又下降，但仍比没有经过处理的对照组动作电位幅度要高。

和对照组相比，处理组的动作电位传导速度均达到显著性差异。130min和10min组动作电位传导速度比对照组要降低；其它三组20min组、30min组和50min组均显著增加传导速度。说明处理时间太长和太短，均不能导致动作电位传导速度增加。

4 讨论

蛙类对环境因素变化比较敏感，常用来监测环境中一些农药、化肥的生态影响。纳米材料使用后在生态环境中的遗留，也会对蛙类生理活动产生影响。

动作电位的产生、传导均和细胞膜上许多的离子通道有关，还有一些离子泵如Na+-K+泵的转运[8]也参与了这种生理功能。纳米氧化锌对神经干的处理，对动作电位的产生和传导均产生了一些影响。

从实验结果可知，处理时间对蛙的神经干动作电位相对不应期没有显著影响；但对动作电位时程、传导速度、动作电位幅度均产生了显著性影响。

对动作电位传导速度，处理时间较短(10min)和较长(130min)均使传导速度降低，而在一定处理时间的范围内(20min-50min)，纳米氧化锌能显著增加蛙的传导速度，且随处理时间的延长而增加相应的传导速度；说明适当的处理时间对纳米氧化锌增加蛙动作电位的传导速度很重要。其中经纳米氧化锌处理10min时，动作电位传导速度降低达到了显著性差异。是什么原因导致纳米银降低了神经干的传导速度？需要进一步实验来说明其生理机制。

凡经氧化锌处理过的神经干，动作电位幅度和对照组相比，除10min组外均产生了显著性差异，均使动作电位幅度增加。动作电位的幅度也即锋电位的峰值与细胞膜上Na+内流的多少有关，本实验推测纳米氧化锌促进了Na+内流的增加，使动作电位幅度增加；而且Na+内流一过性增加也可以减少去极化(锋电位上升相)的时间，增加了传导速度。

处理时间因素对神经干相对不应期无显著影响，说明纳米氧化锌不会影响神经干接受下一次刺激的能力。相对不应期是Na+通道部分或全部失活的表现，说明纳米银尚未影响到细胞膜上Na+通道的开放。

动作电位时程除10min组有显著性影响，其余处理组和对照组相比均未产生显著性影响。10min时动作电位时程显著性增加，说明经氧化锌一过性处理，能显著地延长动作电位时程，动作电位由锋电位和后电位组成，短暂的氧化锌处理究竟是影响了哪部分时程和对哪种通道产生了影响，尚需进行进一步研究。

参考文献：

[1]Brumfiel,G.Nanotechnology:A little knowledge.Nature 2003,424(6946)：246-248.

[2]马正先,韩跃新,郑龙熙，等.纳米氧化锌的应用研究[J].化工进展,2002,21 (1):60-62.

[3]辛显双,周百斌,肖芝燕，等.纳米氧化锌的研究进展[J].化工进展,2003,15(5):601-606.

[4]李晓娥,屈县军,韩胜，等.纳米肤色氧化锌的制备新工艺研究[J].化学工程,2002,30(2):41-44.

[5]解景田,赵静.生理学实验[M].北京:高等教育出版社，2005.

[6]赵以亮,王敏,艾洪滨.茶对蟾蜍坐骨神经电生理特性的影响[J].茶叶科学,2010,30(6):465-469.

[7]黄敏毅,俞丽丽,段仁燕，等.壬基酚对黑斑蛙神经活动的影响[J].生态学杂志,2009,28(8):1510-1514.

[8]王玢,左明雷.人体及动物生理学[M].北京:高等教育出版社，2001.